【有机】四川大学冯小明和曹伟地团队JACS：手性Lewis酸促进光催化酮的不对称自由基加成反应- 大数跨境

【有机】四川大学冯小明和曹伟地团队JACS：手性Lewis酸促进光催化酮的不对称自由基加成反应

X-MOL资讯

2022-12-13

导读：四川大学冯小明和曹伟地团队在该领域取得了重要进展。通过光催化和手性Lewis酸催化相结合的策略，实现了含氮杂环衍生的酮与有机硅试剂的不对称自由基加成反应

可见光催化可以将光能有效地转化为化学能，使其在温和条件下实现化学键的断裂与重组，从而实现一些基态条件下无法实现的反应，该领域已成为有机合成中重要的研究方向。作为光催化反应中的一个重要分支，羰基化合物参与的光化学反应已被广泛研究，然而，由于光催化转化中自由基中间体的高活性，使其参与的不对称自由基反应极具挑战性。

近日，四川大学冯小明和曹伟地团队在该领域取得了重要进展。通过光催化和手性Lewis酸催化相结合的策略，实现了含氮杂环衍生的酮与有机硅试剂的不对称自由基加成反应（图1）。

图1. 手性Lewis酸促进光催化酮的不对称自由基加成反应。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

该反应条件温和，底物普适性好，各种含氮杂环的酮，如喹啉、吡啶、苯并吡唑、苯并噻唑衍生的酮，均能以中等至良好的收率和对映选择性得到相应的手性叔醇类化合物（图2）。各种烷基硅试剂，包括一级、二级、三级烷基自由基前体在该催化体系下都能给出不错的结果（图3）。

图2. 酮的底物扩展。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

图3. 烷基硅试剂的底物扩展。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

放大量实验显示，该反应能以克级规模得到手性叔醇类化合物，且利用该催化方法还可以一步高对映选择性地合成组胺拮抗剂前体，体现了潜在的应用价值（图4）。

图4. 合成应用。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

作者对反应机理进行了详细研究：首先做了自由基捕获实验，在反应体系中加入2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO）时，反应被完全抑制，且在质谱和核磁中监测到了自由基捕获产物E1（图5a），同时还分离到了烷基自由基自偶联产物F（图5b），上述实验证明了烷基自由基的存在。接下来，作者利用电子顺磁共振（EPR）实验和拟合的手段证明了反应体系的EPR信号为氧自由基与碳自由基的混合峰，且高分辨质谱（HRMS）实验也证实了两种自由基中间体的存在（图5c），证明了反应中包含自由基对酮加成的过程。此外，开关灯实验与量子产率测定（图5d）实验排除了链增长的反应机理。动力学实验表明反应底物A1，B1以及手性双氮氧/Sc(III)催化剂均为一级动力学（图5e）。

图5. 机理研究。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

基于以上机理研究，作者提出了可能的催化循环（图6）：首先，基态的手性双氮氧/Sc(III)-酮配合物被光激发到达激发态I*，I*与烷基硅试剂发生单电子转移得到烷基自由基II与羰基自由基负离子III，II从Re面对另一分子I进行自由基加成得到氧自由基中间体IV，然后释放手性催化剂得到氧自由基中间体V，该自由基中间体再与羰基自由基负离子III发生单电子转移以及质子化得到目标产物并完成催化循环。

图6. 催化循环图。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

综上，冯小明院士和曹伟地教授团队实现了手性双氮氧-金属配合物（冯催化剂）促进光催化酮的不对称自由基加成反应，得到了一系列手性含氮杂环叔醇类化合物。EPR和HRMS实验监测到了氧自由基以及碳自由基的存在，为酮的自由基加成机理提供了依据。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，四川大学化学学院冯小明教授和曹伟地教授为本文共同通讯作者，侯刘真博士为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委和四川省科技厅的经费支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Enantioselective Radical Addition to Ketones through Lewis Acid-Enabled Photoredox Catalysis

Liuzhen Hou, Yuqiao Zhou, Han Yu, Tangyu Zhan, Weidi Cao*, and Xiaoming Feng*

J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 22140–22149, DOI: 10.1021/jacs.2c09691

导师介绍

冯小明

https://www.x-mol.com/university/faculty/12766

曹伟地

https://www.x-mol.com/university/faculty/301999

冯小明院士研究团队招聘启事

冯小明院士研究团队因科研工作和发展需要，诚聘博士后和研究助理数名，研究方向包括：1. 有机合成化学（包括金属有机化学、不对称合成、C-H键活化等）；2. 有机半导体材料合成；3. 高分子合成；4. 计算化学（包括量子化学，分子动力学模拟，第一性原理计算）。优秀博士后年薪不低于30万（税前）。博士后可申请入住校内公寓，按国家有关规定缴纳五险一金。有意者请将详细个人简历（包括学习工作经历、研究内容简介、获得成果列表等）发送邮件至liuxh@scu.edu.cn（刘老师）并抄送至41638389@qq.com。

点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊

【声明】内容源于网络

X-MOL资讯

“X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。

内容 19833

粉丝 0

X-MOL资讯 “X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。

总阅读1.6k

粉丝0

内容19.8k